Efektywne energetycznie układy pompowe

Efektywne energetycznie układy pompowe

rok wydania: 2018
ilość stron: 272
ISBN: 978-83-7814-757-2

Opis
W opracowaniu przedstawiono źródła strat energii w procesach transportu cieczy i konkretne przykłady nadmiernej energochłonności pompowania, zaczerpnięte zwłaszcza z przemysłu, energetyki i gospodarki komunalnej. Omówiono praktyczne sposoby wydatnego powiększenia efektywności energetycznej pompowania cieczy w różnych obszarach zastosowań, prowadzące do obniżenia zapotrzebowania na energię, co w konsekwencji zmniejsza emisję dwutlenku węgla, towarzyszącą spalaniu paliw kopalnych w procesach przetwarzania energii. Efektywność energetyczna procesów produkcyjnych i eksploatacyjnych staje się „czwartym paliwem”, a pozyskanie jej zasobów jest znacznie tańsze i szybsze niż budowa nowych źródeł energii.

Książka jest owocem ponad 40-letnich doświadczeń autora w obszarze energooszczędnej eksploatacji układów pompowych. Jest przeznaczona dla szerokiego kręgu użytkowników pomp, projektantów instalacji pompowych i studentów wyższych uczelni technicznych, ale może też być użyteczna dla wszystkich osób interesujących się zagadnieniami racjonalizacji przetwarzania i użytkowania energii.

Spis treści
Przedmowa / 9
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 11
Część I. Wybrane zagadnienia racjonalnego doboru i energooszczędnej eksploatacji pomp i instalacji pompowych / 15
1. Wprowadzenie / 17

2. Podstawowe wiadomości o układach pompowych i pompach wirowych / 20
2.1. Podstawowe parametry pracy układu pompowego / 20
2.2. Rodzaje pomp wirowych, ich parametry pracy oraz obszary zastosowań / 22
2.3. Charakterystyki pompy i grupy pomp; współpraca pompy z rurociągiem / 26
2.3.1. Charakterystyki przepływu, mocy i sprawności pompy. Pagórek sprawności / 26
2.3.2. Punkt pracy pompy w układzie. Współpraca kilku pomp / 30
2.3.3. Kawitacja. Charakterystyki kawitacyjne / 33
2.3.4. Zakres dopuszczalnej ciągłej pracy pompy / 37
2.4. Regulacja i sterowanie parametrami pracy pomp i układów pompowych / 41
2.4.1. Sposoby regulacji / 41
2.4.2. Regulacja dławieniowa / 42
2.4.3. Regulacja zmiennoobrotowa / 46
2.4.4. Regulacja przez zmianę liczby włączonych pomp, połączonych równolegle / 48
2.4.5. Ograniczenia przy doborze pomp oraz wyborze sposobu ich regulacji / 50
2.5. Układy napędowe pomp / 52
2.5.1. Rodzaje napędów pomp wirowych / 52
2.5.2. Najważniejsze informacje o silnikach elektrycznych. Silniki asynchroniczne / 53
2.5.3. Tradycyjne napędy elektryczne o zmiennych prędkościach obrotowych / 55
2.5.4. Tyrystorowe napędy o zmiennych prędkościach obrotowych / 58
2.5.5. Porównanie różnych sposobów realizacji zmian prędkości obrotowej / 59
2.5.6. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi / 60
2.5.7. Napęd turbiną parową / 62

3. Efektywność energetyczna układu pompowego / 63
3.1. Przyczyny strat energii w pompach i układach pompowych / 63
3.2. Główne źródła strat energii powstałych poza zespołami pompowymi / 64
3.2.1. Niewłaściwy dobór pomp / 64
3.2.2. Nieracjonalna koncepcja układu pompowego / 65
3.2.3. Niepoprawne hydraulicznie rozwiązanie i wykonanie instalacji / 66
3.2.4. Negatywne skutki wieloletniego użytkowania / 67
3.2.5. Zbyt energochłonna regulacja wydajności / 67
3.3. Sprawność chwilowa procesu pompowania (transportu) cieczy i inne wskaźniki efektywności energetycznej układów pompowych / 68
3.4. Zużycie energii i jej koszt oraz sprawność średnia pompowania η_cśr w czasie T_a / 70
3.5. Wskaźniki energochłonności EEI i efektywności energetycznej MEI oraz sprawność η_śr / 74
3.5.1. Wskaźnik EEI dla pomp obiegowych / 74
3.5.2. Wskaźnik MEI dla pomp do wody / 75
3.5.3. Sprawność średnia ważona ηśr pompy / 78
3.6. Energochłonność silników elektrycznych / 79

4. Sposoby i koszty powiększenia efektywności energetycznej pompowania / 81
4.1. Sposoby zmniejszenia energochłonności instalacji pompowej / 81
4.2. Koszt cyklu życia LCC i LCC′ zespołu pompowego / 82
4.3. Okres zwrotu kosztów modernizacji / 84

5. Optymalny dobór pomp / 86
5.1. Czynniki wpływające na dobór pomp / 86
5.2. Wyznaczenie charakterystyki układu / 88
5.3. Ogólne zasady optymalnego doboru pomp do instalacji nowych i modernizowanych / 88
5.4. Dobór parametrów znamionowych oraz wybór pojedynczej pompy / 90
5.5. Ustalenie parametrów znamionowych grupy pomp oraz wybór pomp / 95

6. Modernizacje układów pompowych / 97
6.1. Cechy bardzo dobrej instalacji pompowej / 97
6.2. Poprawa doboru pomp / 98
6.3. Zmiana koncepcji hydraulicznej i/lub struktury pompowej układu / 104
6.4. Modernizacja rurociągów zmniejszająca opory przepływu / 106
6.5. Zmiana sposobu regulacji / 108

7. Modernizacje zwiększające sprawność pompy i zespołu pompowego / 110
7.1. Sprawność pompy i zespołu pompowego / 110
7.2. Modernizacje uszczelnień / 111
7.3. Zabiegi zmniejszające straty hydrauliczne i tarczowe / 116
7.4. Inne zabiegi modernizacyjne pomp / 118
7.5. Modernizacje zwiększające sprawność zespołu pompowego / 122

8. Działania poprzedzające modernizację / 123
8.1. Zbiór działań w zakresie przygotowania i wykonania modernizacji / 123
8.2 Audyt energetyczny / 130

9. Energooszczędna eksploatacja pomp i instalacji pompowych / 133
9.1 Warunki i narzędzia eksploatacji energooszczędnej / 133
9.1.1. Warunki ekonomicznej pracy pompy i instalacji pompowej / 133
9.1.2. Narzędzia użytkownika instalacji pompowej / 134
9.1.3. Niezawodność pracy a energochłonność / 135
9.2. Podstawowe zasady racjonalnej eksploatacji pomp / 136
9.2.1. Zapoznanie się z działaniem pompy i instalacji oraz z DTR / 136
9.2.2. Podstawowe zasady montażu pomp i rurociągów oraz instalacji elektrycznej / 136
9.2.3. Racjonalna obsługa i nadzór nad pracą pomp / 139
9.3. Monitorowanie pracy zespołu pompowego. Wielkości kontrolowane. Typowe niesprawności / 141
9.3.1. Monitorowanie ciągłe i okresowe / 141
9.3.2. Dopuszczalny poziom drgań zespołu pompowego /142
9.3.3. Stopień zmniejszenia sprawności z η_Σ i η_c / 142
9.3.4. Luzy hydrauliczne w uszczelnieniach wewnętrznych / 143
9.3.5. Typowe niesprawności zespołów pompowych / 143
9.4. Optymalne sterowanie lub optymalne, bieżące regulowanie parametrów pracy grupy pomp podczas ich eksploatacji / 145
9.5. Wpływ kształtu charakterystyki obiektu odbierającego ciecz na zużycie energii przez grupę pomp / 151
9.5.1. Możliwe kształty charakterystyki obiektu zasilanego / 151
9.5.2. Charakterystyka m.s.c. i jej racjonalizacja / 152
9.5.3. Charakterystyka m.s.w. i jej racjonalizacja / 154
9.6. Nieustalone stany pracy pomp i ich skutki / 156
9.6.1. Ustalone i nieustalone stany pracy pomp / 156
9.6.2. Rodzaje warunków pracy pompy / 157
9.6.3. Charakterystyki zupełne / 158
9.6.4. Przykłady zdarzeń powodujących nieustaloną pracę pomp / 160
9.6.5. Zapobieganie negatywnym skutkom pracy pomp w warunkach odbiegających od normalnych / 163

10. Przykłady liczbowe dotyczące możliwych lub wykonanych modernizacji i przewidywanych lub uzyskanych oszczędności energii / 165
10.1. Dobór optymalnych energetycznie parametrów znamionowych pompy i/lub silnika elektrycznego oraz poprawa doboru pomp / 165
10.2. Zmiana koncepcji hydraulicznej układu i/lub zmiana struktury pompowej / 180
10.3. Modernizacja rurociągów. Wybór charakterystyki rurociągu / 186
10.4. Zmiana sposobu regulacji i/lub zmiana sposobu regulowania prędkości obrotowej / 187
10.5. Inne działania modernizacyjne i eksploatacyjne / 194

11. Zadania do samodzielnego rozwiązania / 210
Literatura do części I / 221

Część II. Potencjał efektywności energetycznej i wytwarzanie energii elektrycznej w kontekście emisji CO₂ i zmian klimatycznych na ziemi / 223
1. Wstęp / 225

2. Efekt cieplarniany i zmiany klimatu na Ziemi / 227
2.1. Efekt cieplarniany i jego przyczyny / 227
2.2. Zmiany klimatu Ziemi na przestrzeni dziejów / 227

3. Wpływ emisji CO₂ do atmosfery na zmiany klimatyczne / 233

4. Przyczyny i sposoby redukowania spalania paliw kopalnych / 237

5. Model energetyki. Jakie odnawialne źródła energii? / 240
5.1. Produkcja energii elektrycznej w Polsce / 240
5.2. Rodzaje OZE możliwych do wykorzystania w Polsce / 241
5.3. Racjonalny model energetyki w Polsce w najbliższych dziesięcioleciach / 243

6. Zalety wykorzystania efektywności energetycznej jako czwartego paliwa i jego koszt / 245
6.1. Uwagi ogólne / 245
6.2. Moc uniknięta i koszt uniknięcia budowy nowych źródeł / 246
6.3. Porównanie kosztów uniknięcia z kosztami budowy nowych źródeł energii / 251
6.4. Efektywny koszt uniknięcia. Dodatkowe korzyści z wykorzystania potencjału efektywności energetycznej / 253
6.5. Przykład liczbowy / 255

7. Podsumowanie / 256
Literatura do części II / 258
Skorowidz rzeczowy do części I / 260
Skorowidz rzeczowy do części II / 269